CN103557236B - 一种空间液体密封润滑装置 - Google Patents

Abstract

一种空间液体密封润滑装置，它包括支撑体、内挡板、紧定螺钉、弹性体、储油腔、第一组迷宫密封、第二组迷宫密封、油孔、滚动体、保持架以及轴承外圈；支撑***于该装置内部；内挡板位于支撑体一侧并与支撑体固连；弹性***于支撑体与滚动体之间；弹性体的内圆面、内挡板的内端面与支撑体的相邻表面共同组成储油腔；弹性体边缘双凸台与内挡板内侧面的双凹槽、弹性体边缘双凸台与支撑体圆盘内侧面的双凹槽组成第一组迷宫密封；该轴承外圈左、右两端的凹槽分别与内挡板外圆面的凸台、支撑体圆盘外圆面的凸台组成第二组迷宫密封；滚动体布置在弹性体外部沿周向均布；保持架连接各滚动体且位于弹性体与轴承外圈之间；轴承外圈的内圆面与滚动体接触。

Description

一种空间液体密封润滑装置

技术领域

本发明涉及一种空间液体密封润滑装置，属于空间液体密封润滑技术领域。

背景技术

空间飞行器通常在500km以上高空工作，其环境压力通常为1.33×10^-8Pa以上的高真空。在高真空环境下，两个相互接触的光滑金属表面会产生冷焊和摩擦焊，这对运动部件是致命的。因此，高真空环境对润滑有特殊要求。此外，高空中微重力环境也使得传统的地面液体润滑***不能正常工作，如润滑油呈球状漂浮在油箱的某处，使油泵在缺油状态下工作而损坏；且润滑油的蒸发和爬移也是空间润滑面临的主要问题，因此必须设计可靠的密封润滑装置。目前，空间机械设备的液体润滑主要采用浸入润滑油的多孔保持架和辅助储油器共同构成，然后通过毛细效应、加热和振动等将润滑油从辅助储油器中补充到待润滑表面，不仅质量大，而且结构复杂，其密封装置主要是耐油橡胶密封圈。

发明内容

1.目的：本发明的目的是针对空间高真空和微重力环境下润滑油的密封和供应问题，提供一种空间液体密封润滑装置。它克服了现有技术的不足，是一种节省储油空间、减少润滑油挥发、延长工作寿命的密封润滑装置。

2．技术方案：本发明一种空间液体密封润滑装置。它包括支撑体、内挡板、紧定螺钉、弹性体、储油腔、第一组迷宫密封、第二组迷宫密封、油孔、滚动体、保持架以及轴承外圈。它们之间的位置连接关系是：该支撑***于该装置内部；该内挡板位于支撑体一侧，并通过紧定螺钉与支撑体固连；该弹性***于支撑体与滚动体之间，其内圆面与支撑体的支撑面接触，外圆面与滚动体接触，工作时产生周期性振动变形；该弹性体的内圆面、内挡板的内端面与支撑体的相邻表面共同组成储油腔；该弹性体边缘双凸台与内挡板内侧面上的双凹槽、弹性体边缘双凸台与支撑体圆盘内侧面上的双凹槽共同组成第一组迷宫密封；该轴承外圈内圆面中部的凹槽作为滚动体的滚道，左、右两端的凹槽分别与内挡板外圆面上的凸台、支撑体圆盘外圆面上的凸台共同组成第二组迷宫密封；且沿弹性体的圆周方向设置有数目与支撑体的支撑波数相匹配的小孔作为油孔；该滚动体布置在弹性体外部，与弹性体的外圆面接触，并沿圆周方向均布；该保持架连接各滚动体且位于弹性体与轴承外圈之间，用于保证滚动体在周向方向均布；该轴承外圈是该轴承***的最外层零件，轴承外圈的内圆面与滚动体接触。

所述支撑体为一波浪形的圆环类零件，是一个激波凸轮，其内部有一圆孔，该圆孔即为安装承载轴的轴孔；在轴孔附近设计一组预定数目且周向均布的螺纹孔，这组螺纹孔用于安装紧定螺钉；其外部设置了一预定波数的支撑面，在激波凸轮的一端设置一个圆盘，圆盘的外圆面上有一组预定数目的用于密封的凸台，在圆盘的内侧面上设计一组预定数目的用于密封的双凹槽。

所述内挡板为一薄壁圆环类零件，在其内部设计有一圆孔，该圆孔即为安装支撑体的定位孔；在定位孔附近设计周向均布且数目与支撑体上螺纹孔数目相一致的圆孔，这组圆孔用于定位紧定螺钉；在内挡板外圆面上设计一组预定数目的用于密封的凸台，在内挡板内侧面上设计一组预定数目的用于密封的双凹槽。

所述紧定螺钉为按需选购的市购件。

所述弹性体为一薄壁圆环类零件，沿弹性体的圆周方向布置数目与支撑体的支撑面波数相匹配的小孔，弹性体的边缘设计一组预定数目的用于密封的双凸台。

所述储油腔为弹性体的内圆面、内挡板的内端面与支撑体的相邻表面共同组成的容腔；

所述第一组迷宫密封由弹性体边缘双凸台与内挡板内侧面上的双凹槽、弹性体边缘双凸台与支撑体圆盘内侧面的双凹槽共同组成；

所述第二组迷宫密封由轴承外圈内圆面上左、右两端的凹槽分别与内挡板外圆面上的凸台、支撑体圆盘外圆面上的凸台共同组成；

所述油孔为径向小孔，沿弹性体的圆周方向均匀分布。

所述滚动体为圆柱形零件，安装在轴承外圈与弹性体之间，其数目与润滑油的供应有关。

所述保持架为圆环类零件，安装在轴承外圈与弹性体之间且连接各滚动体。

所述轴承外圈为圆环类零件，由一对相同的半轴承外圈零件组成；其内圆面与滚动体接触，在其内圆面中部加工有作为滚动体滚道的凹槽；在其内圆面左、右端设计一组预定数目的凹槽。

3.本发明原理及工况简介如下：本发明公布的空间液体密封润滑装置的原理及工况是利用装置内各零件之间的相互作用，通过相邻零件的接触把外载荷传递给弹性体，弹性体发生弹性变形并转化为谐波运动，进而把能量传递到润滑油而使其压力发生变化。该压力远小于润滑油的体积弹性模量，因此润滑油具有不可压缩性，当储油腔内的润滑油压力大于摩擦表面压力时，润滑油即经油孔流向摩擦表面。本发明公布的空间液体密封润滑装置采用双重的迷宫密封，即第一组迷宫密封和第二组迷宫密封。根据公式U=(p₁-p₂)C（式中U为迷宫密封中逸出的流体流量，(p₁-p₂)为迷宫密封内外密封面两端的压力差，C为迷宫密封的气导）可知，从迷宫密封中逸出的流体流量与内外密封面两端的压力差和气导有关。在轴承不工作时，存储在储油腔里的润滑油需要穿过第一组和第二组迷宫密封才能逸出；在轴承工作时，第一组迷宫密封两侧均充满润滑油，内外密封面的压力基本相同，能有效抑制储油腔中的润滑油逸出。同时，若选择低饱和蒸汽压的润滑油，密封效果更好。

4、本发明的优点在于：

（1）供油方式：本发明所公开的空间液体密封润滑装置，是利用***内部各零件之间的相互作用，将外载荷传递给弹性体，使弹性体产生弹性变形并转化为谐波运动，进而把能量传递到润滑油而使其压力发生变化。该压力远小于润滑油的体积弹性模量，因此润滑油具有不可压缩性，当储油腔内的润滑油压力大于摩擦表面压力时，润滑油即经油孔流向摩擦表面，实现润滑油的供应；

（2）双重密封以减少滑润油泄露：本发明所涉及的空间液体密封润滑装置，轴承不工作时，储油腔中的润滑油需经过第一组迷宫和第二组迷宫才能泄露；轴承工作时，第一组迷宫密封的内外密封面均充满润滑油，内外密封面的压力基本相同，能有效抑制储油腔中的润滑油逸出。

附图说明

图1.1为本发明公开的空间液体密封润滑装置主视图；

图1.2为本发明公开的空间液体密封润滑装置剖面图；

图2为本发明公开的润滑机理示意图；

图3.1、图3.2为本发明公开的密封原理示意图。

图中：

1.支撑体；2.内挡板；3.紧定螺钉；4.弹性体；5.储油腔；6.第一组迷宫密封；7.第二组迷宫密封；8.油孔；9.滚动体；10.保持架；11.轴承外圈；12.外载荷；13.滚动体传递的力；14.储油腔内的润滑油压力；15.摩擦表面润滑油压力；16.储油腔内润滑油的逸出路线；17.摩擦表面润滑油的逸出路线；18.第一组迷宫密封内侧压力；19.第一组迷宫密封外侧压力。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1.1和图1.2所示，是本发明的结构示意图。本发明一种空间液体密封润滑装置，由支撑体1、内挡板2、紧定螺钉3、弹性体4、储油腔5、第一组迷宫密封6、第二组迷宫密封7、油孔8、滚动体9、保持架10和轴承外圈11等几部分构成。它们之间的位置连接关系是：支撑体1位于该装置内部，内挡板2位于支撑体1右侧，其左端面与支撑体1接触，并通过紧定螺钉3与支撑体1固连，弹性体4位于支撑体1与滚动体9之间，其内圆面与支撑体1的支撑面接触，外圆面与滚动体9接触，工作时产生周期性振动变形；弹性体4的内圆面、内挡板2的左端面与支撑体1的相邻表面共同组成储油腔5；弹性体4边缘双凸台与内挡板2左端面上的双凹槽、弹性体4边缘双凸台与内挡板内侧面上的双凹槽、支撑体1圆盘内侧面上的双凹槽共同组成第一组迷宫密封6；轴承外圈11内圆面中部的凹槽作为滚动体的滚道，左、右两端的凹槽分别与内挡板2外圆面上的凸台、支撑体1圆盘外圆面上的凸台共同组成第二组迷宫密封7；沿弹性体4的圆周方向布置数目与支撑面波数相匹配的小孔作为油孔8；滚动体9布置在弹性体4外部，与弹性体4的外圆面接触，并沿圆周方向均布；保持架10位于弹性体4与轴承外圈11之间且连接各滚动体9，用于保证滚动体9在周向方向均布；轴承外圈11是该轴承装置的最外层零件，轴承外圈11的内圆面与滚动体9接触，轴承外圈11内圆面中部的凹槽作为滚动体9的滚道。

在本发明中，轴承外圈11，设计为圆环类零件，其由两个相同的半轴承外圈零件组成；工作时，外载荷12通过滚动体9作用于弹性体4；滚动体9为圆柱形零件，安装在轴承外圈11与弹性体4之间，其作用是把轴承外圈11承受的外载荷传递到弹性体4并使其产生周期性振动变形，其数目与润滑油的供应有关；弹性体4为一薄壁圆环类零件，沿弹性体4的圆周方向布置数目与支撑面波数相匹配的小孔，弹性体4的边缘设计一组预定数目的用于密封的双凸台，弹性体4对材料有较高要求；保持架10为圆环类零件，安装在轴承外圈11与弹性体4之间且连接各滚动体9，其作用是保持滚动体9沿弹性体4圆周方向均布；支撑体1为一波浪形的圆环类零件，是一个激波凸轮，其内部有一圆孔，该圆孔即为安装承载轴的轴孔，在轴孔附近设计一组预定数目且周向均布的螺纹孔，这组螺纹孔用于安装紧定螺钉3，在激波凸轮左端设计一个圆盘，圆盘外圆面上设计一组预定数目的用于密封的凸台，圆盘内侧面设计一组预定数目的用于密封的双凹槽，在支撑体1外部设计有具有一预定波数的支撑面，对弹性体4起支撑作用；内挡板2为一薄壁圆环类零件，在其内部设计有一圆孔，该圆孔即为安装支撑体1的定位孔，在定位孔附近设计周向均布且数目与支撑体上螺纹孔数目相一致的圆孔，这组圆孔用于定位紧定螺钉3，内挡板2外圆面上设计一组预定数目的用于密封的凸台，内挡板2内侧面上设计一组预定数目的用于密封的双凹槽；弹性体4的内圆面、内挡板2内侧面与支撑体1的相邻表面共同组成储油腔5，用于储存润滑油，储油腔5的容积大小与设计寿命和需要润滑的摩擦面积有关；油孔8分布于弹性体4上，连接储油腔5和轴承外圈11，构成润滑油的循环回路，实现对轴承外圈11内圆面（摩擦面）的润滑。弹性体4边缘双凸台与内挡板2内侧面上的双凹槽、弹性体4边缘双凸台与支撑体1圆盘内侧面上的双凹槽共同组成第一组迷宫密封6；轴承外圈11内圆面上左、右两端的凹槽分别与内挡板2外圆面上的凸台、支撑体1圆盘外圆面上的凸台共同组成第二组迷宫密封7；在轴承不工作时，存储在储油腔5里的润滑油需要穿过第一组迷宫密封6和第二组迷宫密封7才能逸出；在轴承工作时，第一组迷宫密封6两侧均充满润滑油，内外两侧的气压相差不多，能有效抑制储油腔5中的润滑油逸出。

如图2所示，是本发明的润滑机理示意图。工作时，轴承外圈11受外力驱动，绕其自身中心线旋转，与支撑体1发生相对运动；滚动体9在摩擦力作用下被轴承外圈11带动绕轴承外圈11的中心线旋转，滚动体9同时还自转；轴承外圈11传递的外载荷12通过相互接触经滚动体9传递给弹性体4，弹性体4再通过接触关系将外载荷12传递给支撑体1，由支撑体1为弹性体4提供支撑，支撑体1与弹性体4之间为线接触；弹性体4为一薄壁圆环类零件，中性面沿圆周方向不伸长，在外载荷12作用下产生变形，且沿圆周方向弹性体4的径向位移不同，即产生谐波运动。通过相邻零件的接触，弹性体4的谐波运动传递给储油腔5内部的润滑油，使润滑油的压力发生变化。由于所产生的压力相对于润滑油的体积弹性模量来说很小，视润滑油在工作时具有不可压缩性，当储油腔内的润滑油压力14大于所处环境的摩擦表面润滑油压力15时，润滑油即经油孔8流向摩擦表面，实现润滑油供应的目的。序号13为滚动体传递的力。

如图3.1和图3.2所示，是本发明的密封原理示意图。本发明公布的空间液体密封润滑装置采用双重的迷宫密封，即第一组迷宫密封6和第二组迷宫密封7。根据公式U=(p1-p2)C可知，从迷宫密封中逸出的流体流量与内外密封面两端的压力差和气导有关。在轴承不工作时，存储在储油腔里的润滑油需要穿过第一组迷宫密封6和第二组迷宫密封7才能逸出；在轴承工作时，第一组迷宫密封6两侧均充满润滑油，内外密封面的压力基本相同，能有效抑制储油腔中的润滑油逸出。同时，若选择低饱和蒸汽压的润滑油，密封效果更好。序号16为储油腔内润滑油的逸出路线；序号17为摩擦表面润滑油的逸出路线；序号18是第一组迷宫密封内侧压力；序号19是第一组迷宫密封外侧压力。

Claims (1)

1.一种空间液体密封润滑装置，其特征在于：它包括支撑体、内挡板、紧定螺钉、弹性体、储油腔、第一组迷宫密封、第二组迷宫密封、油孔、滚动体、保持架以及轴承外圈；该支撑***于该装置内部；该内挡板位于支撑体一侧，并通过紧定螺钉与支撑体固连；该弹性***于支撑体与滚动体之间，其内圆面与支撑体的支撑面接触，外圆面与滚动体接触，工作时产生周期性振动变形；该弹性体的内圆面、内挡板的内端面与支撑体的相邻表面共同组成储油腔；该弹性体左、右边缘的双凸台分别与内挡板内侧面上的双凹槽、支撑体圆盘内侧面上的双凹槽共同组成第一组迷宫密封；该轴承外圈内圆面中部的凹槽作为滚动体的滚道，左、右两端的凹槽分别与内挡板外圆面上的凸台、支撑体圆盘外圆面上的凸台共同组成第二组迷宫密封；且沿弹性体的圆周方向设置有数目与支撑体的支撑波数相匹配的小孔作为油孔；该滚动体布置在弹性体外部，与弹性体的外圆面接触，并沿圆周方向均布；该保持架连接各滚动体且位于弹性体与轴承外圈之间，用于保证滚动体在周向方向均布；该轴承外圈是轴承***的最外层零件，轴承外圈的内圆面与滚动体接触；

所述支撑体为一波浪形的圆环类零件，是一个激波凸轮，其内部有一圆孔，该圆孔即为安装承载轴的轴孔；在轴孔附近设计一组预定数目且周向均布的螺纹孔，这组螺纹孔用于安装紧定螺钉；其外部设置了一预定波数的支撑面，在激波凸轮的一端设置一个圆盘，圆盘的外圆面上有一组预定数目的用于密封的凸台，在圆盘的内侧面上设计一组预定数目的用于密封的双凹槽；

所述内挡板为一薄壁圆环类零件，在其内部设计有一圆孔，该圆孔即为安装支撑体的定位孔；在定位孔附近设计周向均布且数目与支撑体上螺纹孔数目相一致的圆孔，这组圆孔用于定位紧定螺钉；在内挡板外圆面上设计一组预定数目的用于密封的凸台，在内挡板内侧面上设计一组预定数目的用于密封的双凹槽；

所述弹性体为一薄壁圆环类零件，沿弹性体的圆周方向布置数目与支撑体的支撑面波数相匹配的小孔，弹性体的左、右边缘各设计一组预定数目的用于密封的双凸台；

所述油孔为径向小孔，沿弹性体的圆周方向均匀分布；

所述滚动体为圆柱形零件，安装在轴承外圈与弹性体之间，其数目与润滑油的供应有关；

所述保持架为圆环类零件，安装在轴承外圈与弹性体之间且连接各滚动体；

所述轴承外圈为圆环类零件，由一对相同的半轴承外圈零件组成；其内圆面与滚动体接触，在其内圆面中部加工有作为滚动体滚道的凹槽；在其内圆面左、右端设计一组预定数目的凹槽。